深度解析 NLRP3 抑制剂作用机制：为炎症性疾病治疗点亮新希望

研究人员为探究 NLRP3 抑制剂作用机制，采用综合计算方法，明确关键残基和主要相互作用，助力新抑制剂设计。

　　炎症，就像身体里的一场 “小风暴”，时而有益，帮助身体抵御外敌；时而又过度活跃，引发各种健康问题。在这场 “风暴” 的幕后，NLRP3（核苷酸结合寡聚化结构域、富含亮氨酸重复序列和热蛋白结构域蛋白 3）炎症小体扮演着极为关键的角色。它一旦被异常激活，就如同打开了炎症的 “开关”，与痛风、神经退行性疾病以及各种炎症性疾病紧密相连。因此，寻找能够精准调控 NLRP3 的抑制剂，成为了医学领域对抗这些疾病的关键 “钥匙”。

目前，虽然已经有 MCC950、NP3 - 146、化合物 (3) 和 YQ128 等几种具有高生物活性的 NLRP3 抑制剂崭露头角，展现出治疗相关疾病的巨大潜力，但它们的具体作用机制却如同迷雾，仅知道主要是靶向 NLRP3 蛋白的 ATP 结合区域（NACHT 位点）。对于科研人员来说，深入了解这些抑制剂与 NLRP3 之间的相互作用机制，就像解开一道神秘的谜题，不仅能帮助他们把握 NLRP3 抑制剂的关键特征，更能为开发出更强大、更有效的抑制剂指明方向。

为了攻克这一难题，潍坊科技学院化工与环境学院以及中国科学院近代物理研究所的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《BMC Pharmacology and Toxicology》上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员采用了一套综合计算策略来揭开这层神秘的面纱。首先是分子对接技术，通过它获取了四种抑制剂（MCC950、NP3 - 146、化合物 (3) 和 YQ128）与 NLRP3 形成的复合物结构。接着，对这四个体系进行了长达 1 微秒的常规分子动力学模拟（MD），模拟在原子层面展示了它们之间的动态相互作用过程。最后，结合模拟轨迹进行自由能计算和能量分解分析，成功锁定了在抑制剂与 NLRP3 结合过程中起到关键作用的氨基酸残基。

在研究结果部分，首先是抑制剂与 NLRP3 结合的初始构象。通过分子对接发现，MCC950 和 NP3 - 146 结构相似，它们与 NLRP3 的结合存在诸多共性，都与一系列氨基酸残基形成疏水接触，并与 Gly73 和 Arg422 形成氢键，但二者在氢键模式上也存在细微差异。化合物 (3) 与 NLRP3 的结合模式则有明显不同，主要与 Arg422 形成氢键。YQ - 128 的结合模式既有与化合物 (3) 相似之处，也有独特特征，它与 Ile214、Tyr476 和 Asp506 形成氢键。

MD 模拟稳定性评估显示，经过约 500ns 的模拟，抑制剂的重原子和结合口袋 5? 内的残基构象变化较小，RMSD 值保持在 1? 以下，虽然化合物 (3) 及其周围残基波动相对较大，但仍处于动态平衡，这表明四种抑制剂与 NLRP3 的对接构象在 MD 模拟条件下可靠且稳定。

结合自由能计算结果表明，范德华相互作用（ΔEvdw?）和静电相互作用（ΔEele?）在抑制剂与 NLRP3 的结合中都至关重要。范德华相互作用对所有抑制剂的结合自由能都有负向贡献，有利于结合。静电相互作用对 MCC950 和 NP3 - 146 为负向贡献，但对化合物 (3) 和 YQ128 较弱。非极性结合自由能成分在各复合物中差异不明显，而极性成分差异较大。MCC950 的极性成分较小且为负，表明其静电相互作用有利，这使得它与 NLRP3 的结合亲和力显著高于其他抑制剂，这与实验数据中 MCC950 的抑制活性最强相吻合。此外，熵贡献（-TΔS）在各抑制剂间相对稳定，说明结合亲和力的变化主要由结合自由能的焓变成分决定。

对抑制剂在 NLRP3 中的结合机制研究发现，所有抑制剂与 NLRP3 结合时，都存在一个稳定的特征，即 Arg422 与抑制剂之间的氢键在整个 MD 模拟过程中持续存在，这凸显了氢键在增强抑制剂与靶蛋白相互作用稳定性方面的重要性。

通过对每个残基能量贡献的分析，研究人员发现 MCC950 和 NP3 - 146 与 NLRP3 结合时，关键残基包括 Ala71、Ala72、Arg195 等多个残基，其中 Arg422 贡献最为显著，而 Glu473 和 Asp506 的能量贡献为正，不利于结合。化合物 (3) 与 NLRP3 结合时，Arg195 和 Asp506 不利于结合；YQ - 128 与 NLRP3 结合时，Lys76、Arg195 等多个残基不利于结合，且其结合模式与其他三种化合物差异明显。

药效团模型分析显示，MCC950 与 NLRP3 的相互作用以疏水作用为主，同时存在一些氢键。NP3 - 146 也有疏水作用和氢键。化合物 (3) 和 YQ128 与 NLRP3 的相互作用则主要是疏水作用，这些结果与之前的结合模式分析相互印证。

综上所述，该研究通过综合计算方法，清晰地阐释了 NLRP3 与代表性抑制剂的结合模式。MM/GBSA 方法预测 MCC950 的总结合自由能低于其他三种抑制剂，这与实验中 MCC950 具有更高结合亲和力的现象相符。结合口袋内的 Ala71、Arg195 等一系列残基对 NLRP3 抑制剂的高生物活性起着决定性作用。抑制剂与 NLRP3 的主要相互作用是疏水作用，而 Arg422 与抑制剂形成的氢键对增强配体活性至关重要。这些研究成果为深入理解 NLRP3 抑制剂的作用机制提供了宝贵的见解，为未来开发高度选择性的 NLRP3 抑制剂奠定了坚实的理论基础，有望推动炎症性疾病治疗药物的创新发展。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是分子对接，借助 Schrodinger 2015 软件进行，包括诱导契合对接（IFD），获取抑制剂与 NLRP3 复合物的初始结构；二是 MD 模拟，利用 AMBER20 软件包，对复合物进行参数化处理、溶剂化等操作后进行模拟；三是采用分子力学 / 广义 Born 表面面积（MM/GBSA）方法计算结合自由能，并对其进行分解分析；四是利用 AncPhore 药效团建模，识别受体 - 配体相互作用的关键药效团特征 。